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第八期:光学望远镜特辑之南极巡天望远镜AST3

已有 827 次阅读 2020-12-1 13:06 |个人分类:泰利斯科普|系统分类:科研笔记

欢迎来到泰利斯科普第八期!

转眼又是一周,自打南极科考准备工作停下来之后,我也基本就剩下一件重要事情——博士论文。6个月后也就基本意味着我学生时代的正式终结,求学24载之呜呼哀“载”(此处致谢:24孝之仰天长“孝”,王建国,这sense你看到了吗?)。

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本期我们继续南极望远镜系列,今天我们来聊聊南极巡天望远镜AST3Antarctic Survey Telescope)。

在中国之星小望远镜CSTAR在南极昆仑站大获成功之后,中国南极天文中心趁热打铁,提出了在Dome A安装大视场巡天望远镜AST3的计划,主要科学目标是开展超新星宇宙学和系外行星探索等前沿天文课题研究。因为有成功的先例,该计划也顺理成章的得到了大力支持。望远镜主体仍然由中科院南京天文光学技术研究所研制。

AST3并不是一台望远镜,而是由三台配备不同滤光片的赤道式光学望远镜组成的望远镜阵列,分别命名AST3-1AST3-2AST3-3

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AST3望远镜阵列理想图


AST3-1

AST3-1已于2011年随中国南极第28次考察队到达昆仑站,且成功安装在Dome AAST3-1的成功安装意味着在地球上最佳的天文观测址——冰穹A,有一台中国人自己研发的天文望远镜,从此能够连续对银河系内上亿颗的恒星进行监测,并搜寻太阳系外行星。

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调试中的AST3-1

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28次南极科考队4名队员顺利安装并调试AST3-1(从左至右依次为张毅(南京天光所)、杜福嘉(南京天光所)、李正阳(南京天光所)和胡义(国家天文台)


AST3-1主镜口径680mm,有效通光口径500mm,采用我国创新设计的大视场折反射望远镜光学系统。工作波段为gr波段,AST3焦比3.73,视场4.3平方度,搭配当时世界上最大的单片科学级10k×10k的帧转移CCD。它在1个角秒的能量聚集度为80%,整个像场内形变小于1个像素。与传统折反射望远镜相比,AST3具有大视场、平像面、消畸变、短镜筒和大气色散校正的优点。是一台可远程遥控跟踪、自动观测和数据处理、自动调焦的折反射式大视场巡天望远镜。

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AST3-1光路系统原理图

由于恶劣的自然环境加速了望远镜各部件的老化进程,AST3-1已于2016年由南极第33次考察队拆解并带回国内。预示着AST3-1光荣退役,圆满完成了其探索使命。

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AST3-2

第二台AST3-22014年跟随第31次南极考察队前往南极昆仑站并成功安装在Dome AAST3-2主镜口径和AST3-1同为680mm,有效通光口径500mm,采用了我国创新设计的大视场折反射望远镜光学系统,具备指向跟踪和自动调焦等功能。

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安装中的AST3-2

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31次科考队员现场调试AST3-2(杜福嘉(左),李正阳(右))

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位于南极昆仑站的天文工作场地(左侧为AST3-2,右侧为AST3-1

2017817日,激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)共同探测到引力波事件GW 170817后,自北京时间201781821:10起(即距离此次引力波事件发生24小时后),中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2GW 170817开展了有效的观测,此次观测持续到828日,期间获得了大量的重要数据,并探测到此次引力波事件的光学信号。这也算是AST3-2的高光时刻了。

这是人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时探测到这一宇宙事件发出的电磁信号。引力波能帮人类洞悉整个宇宙的起源。如果找到合适的引力波,人们将有机会为大爆炸等一系列基本物理假设找到证据。到那时,人类会以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。

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红色方框内即为AST3-2818日观测窗口期内探测到的引力波信号,好厉害的样子,其实我也看不懂。

微信截图_20201122114806.png

(此处致谢韩博士贡献的精彩表情包素材)

AST3-2被誉为孤独的“冰雪战士”,“大哥”已光荣退役,“小弟”尚未奔赴前线,这位“战士”依然昂首挺胸。原计划的37次南极科考要对AST3-2进行常规升级和维护,但因疫情防控需要,恐怕这位刚熬过一个漫漫长夜的“战士”又要孤独的迎接下一个极夜的来临。


AST3-3

第三台AST3-3目前已完成所有的组装调试工作,且进行了试观测运行,万事俱备只欠南极科考这股东风了。

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AST3-3于中科院南京天文光学技术研究所组装车间

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AST3-3于南京测试期间拍摄

AST3-3主镜口径680mm,和AST3系列望远镜中前两台口径相同。AST3-3属于典型的牛顿反射式望远镜,光路示意图如下。

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计划观测波段为红外和近红外波段。控制系统采用多闭环反馈+PID控制算法,可实现全自动无人跟踪观测。安装完成后,AST3-3也将成为全球首台可在南极地区进行红外观测的天文望远镜。也让我们一起期待这位“战士”早日屹立于南极昆仑之巅,为南极天文事业奉献自己。


本期内容就到这里,我们下期再见!限于作者水平有限,如有错误,欢迎各位批评指正。

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参考文献:

1. 中国南极巡天望远镜追踪探测到引力波事件的首例光学信号--科技--人民网   .人民网 2017-10-16[引用日期2017-10-16]

2. Cui X , Yuan X , Gong X . Antarctic Schmidt Telescopes (AST3) for Dome A[J]. 中科院南京天光所知识成果, 2008, 7012(7012):70122D-70122D-8.

3.  Yuan X , Cui X , Gong X , et al. Progress of Antarctic Schmidt Telescopes (AST3) for Dome A[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2010, 7733(1):-.

4.  李珊珊. 第一台南极巡天望远镜点源星表首次发布[J]. 天文爱好者, 2018, 000(007):P.16-16.

5. 蒙克来, 谢浩, 王力帆, et al. AST3:冰川上的巡天之眼[J]. 科技纵览, 2017(10):72-76.

6. 安小七[1] , 胡不二[1] , 卢海平[2] . 独守南极,传奇的"冰雪战士"[J]. 科学大众(中学生), 2018.

7.  李正阳. 南极大视场高分辨望远镜光学系统和装调技术研究[D]. 2014.

8. 南极天文技术中心-南极巡天望远镜AST3Antarctic Survey Telescopehttp://www.ccaa.pmo.cas.cn/njtwt/AST3/201710/t20171013_384734.html

9http://www.njb.cas.cn/xwzx/zhxw/201504/t20150430_4347738.html-中国科学院南京分院



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1 杨金波

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